兼容地面数字电视传输标准的移动多媒体传输方法

摘要

一种兼容数字电视地面广播传输标准的移动多媒体广播中发送与接收的传输方法，属于数字电视信息传输技术领域，该方法发端包括：接收一路或多路多媒体广播业务数据；进行第一处理生成数据帧，接收控制信息，进行第二处理生成控制帧；以时分复用的方式组成超帧；进一步构成秒帧，最后进行基带后处理和正交上变频后发射；该方法收端包括：接收超帧；分离出数据帧、控制帧；分别对控制帧进行第一处理和对数据帧进行第二处理。应用本发明，在保持和GB20600－2006标准最大兼容的同时，能够在移动环境中有效传输多种多媒体广播业务数据。

说明书

技术领域

本发明属于数字电视信息传输技术领域，特别涉及一种兼容地面数字电视传输标准的移动多媒体传输方法。

背景技术

移动多媒体广播是指通过手机等便携终端收看电视内容的服务方式，它是移动通信和数字电视广播技术融合的产物。作为一种新的信息服务方式和媒体形态，它给信息产业带来了新的发展机遇，并对现行的产业政策和管制方式提出新的变革要求。目前业内比较成熟的移动多媒体广播标准主要有以下4种：

(1)欧洲DVB-H

早在几年前，欧洲数字视频广播(DVB)组织就探讨了DVB-UMTS集成的可能性，前期的欧洲DVB-T标准为了适应不同的要求，设置了可变的参数，这些参数适应范围窄，主要还是针对室内外固定接收，抗脉冲干扰能力不强，并且没有考虑省电功能，对于便携的手持设备并不适用。

因此，欧洲DVB组织制定了后期的针对手持设备的DVB-H标准。2004年中，DVB指导委员会定义和通过了DVB-H规范，目前正按计划在一些城市进行系统验证测试，比如德国柏林、赫尔辛基和美国匹兹堡等。

(2)日本、韩国的S-DMB和T-DMB

日本和韩国使用基于数字音频广播DAB技术标准的T-DMB标准，还有基于卫星的S-DMB手机电视标准，目前正在韩国进行商业运营。

(3)美国高通公司的MediaFLO

美国高通推出了基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术的专有的MediaFLO方案，在北美开展手机电视运营网络试验。

(4)基于3G技术的手机电视

改进和提高现有的3G移动通信系统。3GPP组织早就认识到了广播和多播的重要性，并为此付出了努力，提出了MBMS(Multimedia Broadcast/MulticastService，多媒体广播/多播业务)。MBMS包括广播和多播两个模式，广播模式接近于数字电视业务，而多播模式专注和定位于群业务。中国移动、中国联通已经在GSM、CDMA网络上作了相关试验和运营，由于手机电视信号需要大量的数据传输带宽，现在还不能成为大众消费的技术手段和运营业务。

以上这些标准都存在不同层次的不足，性能有待进一步提高：DVB-H是继承于DVB-T(固定或便携接收系统)的，在此基础上针对移动环境优化的空间非常有限，同时DVB-H不能为接收机提供足够的节电机制，还牺牲了一些其它性能指标，如切换时间增大到5秒。T-DMB频谱利用率低，不能提供足够的信息吞吐量以满足多路高质量的多媒体服务，同时T-DMB也没有为接收机提供足够节电措施。MediaFLO是由高通(QAULCOMM)独立提出的系统，不具兼容性，目前主要针对700MHz频点设计，推广范围有限。3G标准的手机电视MBMS标准的出台还要等待一段时间，而且手机电视会占用大量的数据传输带宽。

我国自主研发的中国数字电视地面广播标准，编号为GB20600-2006标准，在整体性能上优于国外现有标准，在恶劣的宽带时变多径信道中能够实现高效率和高可靠性的移动多媒体传输，目前已经实现了24Mb/s码率的高清晰度电视移动接收，可以满足实际移动多媒体广播所要求的传输效率和传输可靠性，主要表现在以下五个方面：

(1)更快的系统同步。

GB20600-2006标准依靠时域PN序列进行时域同步，同步时间约为1ms，相当于相邻PN序列的时间间隔。而DVB-H的同步技术实现复杂，同步时间为200ms左右；

(2)更精确、更快速的信道估计和均衡。AWGN信道下，GB20600-2006标准的信道估计性能优于DVB-H。这是由于GB20600-2006标准用于信道估计的PN序列具有良好的相关增益，同时又没有DVB-H中COFDM技术在信道估计时特有的插值误差。对于多径信道，GB20600-2006标准的PN序列与多径信道造成的干扰信号是统计正交的；

(3)更好的移动接收性能。GB20600-2006标准的信道估计仅取决于OFDM的当前符号，而DVB-H COFDM的信道估计需要4个连续的OFDM符号。因此，COFDM在移动情况下，要考虑4个OFDM符号的信道变化影响，而GB20600-2006标准只需考虑1个OFDM符号的信道变化影响；

(4)更好地抵抗传输误码，因为GB20600-2006标准采用了目前性能最好的低密度奇偶校验码LDPC，具有逼近仙农极限的性能，和低的编解码复杂度。而DVB-H在原来DVB-T的基础上，又增加了MPE-FEC模块，采用了RS(255，191)，性能低于LDPC码；

(5)传输效率或频谱效率高。由于GB20600-2006标准没有采用欧洲DVB-H中COFDM技术的导频信号，可以提高10％左右的传输效率。

对于手持移动多媒体接收设备，功耗是另一个关键因素，如何降低手持设备的功耗，增加电池使用时间是移动多媒体广播必须要解决的问题。GB20600-2006标准帧结构与自然时间同步，每个信号帧都有唯一的识别符，利用该特点有利于设计更优的便携设备省电控制。同时GB20600-2006系统同步时间快，可以采用更短时隙的时分复用技术，使得电路更多地进入休眠模式，达到更好的省电效果。

有鉴于此，为使这样一种标准得到更好的推广应用，进一步规范其市场经济有序发展为宗旨，本发明提供了一种兼容该数字电视地面广播GB20600-2006标准的移动多媒体广播中发送与接收的传输方法，能够在移动环境中有效传输多媒体广播业务数据。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，针对已知技术中，国外公知的移动多媒体广播标准存在着不同层次的不足之处，我国自主研发的数字电视地面广播标准，具有高效率高可靠性以及节约能源消耗等优越性，为了解决与促进这一标准的推广应用和进一步的扩展，就需要研发出利于该标准得以实现的相应的技术方法，有助于标准的推广，本发明的目的是提供一种兼容数字电视地面广播传输标准的移动多媒体广播中发送与接收的传输方法，为实现本发明的目的，所采用的技术方案为：一种兼容数字电视地面广播传输标准的移动多媒体广播中发送与接收的传输方法，其特征在于：A.对于移动多媒体广播的发送传输方法，按照以下步骤进行操作：

Aa.接收一路或多路多媒体广播业务数据；

Ab.对所述业务数据进行第一处理生成数据帧；第一处理包括第一信道编码和第一调制，其中第一信道编码使用0.4码率、0.6码率或0.8码率LDPC码；第一信道调制采用n-QAM调制，即4QAM、16QAM、32QAM和64QAM；较佳地，每路业务数据使用相同的信道编码方式和信道调制方式，并独立进行时间交织，不同业务数据可以采用不同的信道编码方式和信道调制方式；

Ac.接收控制信息；

Ad.对所述控制信息进行第二处理生成控制帧，第二处理包括第二信道编码和第二调制，其中第二信道编码固定使用0.4码率LDPC码，同时控制帧不经过时间交织，第二信道调制固定采用4QAM调制。控制帧包含与业务配置、信道解调和解码中至少一个有关的信息，由至少一个188字节的包组成，较佳地，控制帧采用两个188字节的包，同时该188字节的包为MPEG2包，其MPEG2包的PID为固定值；

Ae.将上述数据帧和控制帧以时分复用的方式组成超帧，，较佳地，该超帧的第一个信号帧(帧0)为控制帧，超帧中其他的信号帧为各路业务数据生成的数据帧；

Af.使用上述超帧组成秒帧，每个秒帧包括8个长度为125毫秒的超帧，其长度为精确1秒钟，和绝对时间同步。该秒帧进一步可以构成分帧，分帧构成日帧，日帧以自然日为周期，与绝对时间同步；

Ag.对上述超帧进行基带后处理和正交上变频后发射；

B.对移动多媒体广播的接收传输方法，按照以下步骤进行操作：

Ba.接收超帧，其中所述超帧包括控制帧以及至少一个数据帧；

Bb.分离所述控制帧和所述数据帧；

Bc.对所述控制帧进行第一处理；

Bd.对所述数据帧进行第二处理，其中所述第一处理包括第一信道解调和第一解码，第二处理包括第二信道解调和第二解码

Be.一路或多路多媒体广播业务数据。

所述接收端的第一处理中的所述第一解调和第一解码以及第二处理中的第二解调和第二解码，分别和发送端的第一处理的第一解调和第一解码以及第二处理中的第二解调和第二解码相对应。

接收端可以根据接收到控制帧所包含的控制信息，有选择的处理各路业务数据。一方面利用控制信息中的业务配置信息，控制超帧接收，有选择地接收所需的数据帧；另一方面利用控制信息中的信道解调和解码信息，控制数据帧的第一处理过程。

控制帧包含与业务配置、信道解调和解码中至少一个有关的信息。

每8个超帧构成一个秒帧；该秒帧的长度精确为1秒钟，与绝对时间同步。

该秒帧进一步构成分帧，分帧构成日帧，日帧以自然日为周期，与绝对时间同步。

所述控制帧为超帧的第一个信号帧。

利用n-QAM调制技术对控制帧调制，n可以取4或其他值。

利用LDPC编码，具体用0.4码率的LDPC编码对控制帧进行编码。

所述的控制帧不经过时间交织，该控制帧包括至少一个188字节的包。

所述188字节的包为MPEG2包；所述MPEG2包的PID为固定值。

采用n-QAM对数据帧进行调制，具体为4QAM、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM或者256QAM对数据帧进行调制。

所述的移动多媒体广播传输方法用于传输包括音频数据、文本、视频数据在内的多媒体广播数据。

本发明的有益效果是：本发明所提出的移动多媒体广播中发送、接收的传输方法在保持和GB20600-2006标准最大兼容的同时，能在移动环境中有效传输多种多媒体广播业务数据，有效的支持了相应传输标准的推广应用及进一步的扩展。

附图说明

图1本发明扩展的秒帧和控制帧分层帧结构；

图2本发明定义的帧结构；

图3本发明定义的超帧结构；

图4a本发明所述传输方法发送端的步骤流程图；

图4b本发明所述传输方法中接收端步骤流程图；

图5实施例使用的控制帧第二处理过程；

图6实施例1使用的数据帧第一处理过程；

图7实施例2使用的数据帧第一处理过程；

图8实施例2数据帧使用的字节交织器结构图；

图9实施例3使用的数据帧第一处理过程；

图10实施例3数据帧使用的时间交织结构图。

具体实施方式

本发明可提供包括高质量的数字音频广播、数字视频广播在内的多媒体节目。

本发明基于中国数字电视地面广播传输标准(GB20600-2006)，充分利用了GB20600-2006标准帧结构中信号帧这一层，定义了一种移动多媒体广播传输信号的帧结构、信道编码和调制技术。本发明保持了和我国数字电视地面广播传输标准的最大兼容性。在实际应用中地面数字电视节目和手机/移动多媒体广播节目可以分别单独播出或者两者在同一个频道内混合播出，适合单发射机运营和大范围的单频网应用。

本发明定义的移动多媒体广播传输方法支持多频网和单频网两种组网模式，支持室内/外的固定、步行和车载移动接收，可根据应用业务的特性和组网环境选择不同的传输模式和参数，并支持多业务的混合模式，达到业务特性与传输模式的匹配，实现业务运营的灵活性和经济性。

下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

参照图1-3，在中国数字电视地面广播传输标准GB20600-2006中，信号划分为分层的复帧结构，最基本的单元是信号帧。一个信号帧由帧体和保护间隔组成。保护间隔长度是帧体长度的1/9(称为PN420模式)或者1/4(称为PN945模式)。帧体由3744个携带数据的符号和36个携带传输参数信令的符号组成。传输参数信令携带的信息用于解调器自动适应输入的传输码流，例如前向纠错内码码率、时间交织长度和调制方式等。在信号帧之上，由下往上依次为：超帧、分帧和日帧。为了支持移动多媒体广播接收，本发明引入了控制帧和秒帧的定义，如图1所示。每8个超帧定义为一个秒帧，每个秒帧的长度精确为1秒钟，和绝对时间同步。每个超帧的第一个信号帧(帧0)定义为控制帧(在GB20600-2006标准中称为首帧)，其他的信号帧定义为数据帧，如图2所示。对于PN420，每个超帧由225个信号帧组成，数据帧有224个，即J＝224；对于PN945，每个超帧由200个信号帧组成，数据帧有199个，即J＝199。

控制帧的主要功能是承载用于业务配置、信道解调和解码所必需的控制信息，而数据帧用于各路移动多媒体业务数据的传输。为了便于业务管理，每路数据业务在每个超帧中占用整数个数据帧进行传输，同时每个业务在秒帧中是以4或者8个信号帧为单位来分配。这样每路业务在一个秒帧占用的信号帧数必须为4或者8的倍数，即使用的信号帧数为4n或者8n，其中n为≥1的整数。一个低码率的业务数据输入以后，按照大小分成许多突发，分散到不同超帧的数据帧中，其余部分为其它业务数据，最后构成一个符合本发明帧结构的完整的信号。如图3所示。

根据上述方法得到数据帧和控制帧后，将其以时分复用的方式嵌入到GB20600-2006标准超帧中。其中超帧的第一个信号帧(帧0，在GB20600-2006中称为首帧)嵌入控制帧，其他的信号帧嵌入数据帧。

接着使用上述超帧构造秒帧，每个秒帧包括8个长度为125毫秒的超帧，其长度精确为1秒钟，并和绝对时间同步。该秒帧进一步可以构成分帧，分帧构成日帧，日帧以自然日为周期，与绝对时间同步。

最后对上述超帧进行GB20600-2006标准定义的基带后处理和正交上变频后发射。

参照图4a，给出了本发明所述传输方法中发射端步骤流程图。其中业务数据经过第一处理生成数据帧；控制信息经过第二处理生成控制帧。所述第一处理包括第一信道编码和第一调制，第二处理包括第二信道调制和第二编码，并且所述第一处理中的所述第一调制和第一编码中的至少一个不同于第二处理中的所述第二调制和第二编码。在此给出第一处理和第二处理的3个实施例。

参照图4b，表示本发明所述传输方法中接收端的步骤流程图，在接收端，接收的超帧包括控制帧以及至少一个数据帧，根据该超帧分离出控制帧和数据帧。对分离出的控制帧进行第二处理，该第二处理包括第二信道解调和第二解码，和传输端的第二处理中的第二解调和第二解码相对应。控制帧经过第二处理后得到控制信息，控制信息包含与业务配置、信道解调和解码中至少一个有关的信息。利用控制信息中的业务配置信息，可以控制超帧接收，有选择地接收所需的数据帧；利用控制信息中的信道解调和解码信息，可以控制数据帧的第一处理，指示第一处理进行正确的第一解调和第一解码。数据帧经过第一处理后得到一路或多路多媒体广播业务数据。

实施例1

参照图5-图7，其中表示控制帧的第二处理过程如图5所示。第二信道调制固定采用4QAM调制，第二编码固定使用0.4码率LDPC码，同时控制帧不经过时间交织。控制帧由至少一个188字节的包组成，该188字节的包的格式可以由用户根据具体应用来确定。在本实施中采用两个188字节的包，同时该188字节的包为MPEG2包，其MPEG2包的PID为固定值。

第二处理的随机化模块对输入的两个MPEG2数据包使用扰码进行加扰。扰码是一个最大长度二进制伪随机序列。该序列的线性反馈移位寄存器生成。其生成多项式定义为：

G(x)＝1+x14+x15

随机化模块的详细说明请参见中国数字电视地面广播传输标准GB20600-2006。

扰码后的比特流接着进行LDPC编码。GB20600-2006标准定义了3个码率的LDPC编码，其具体参数见表1。

  编号  块长[比特]  信息比特  对应的编码效率  码率1  7488  3008  0.4  码率2  7488  4512  0.6  码率3  7488  6016  0.8

表1LDPC码参数

对控制帧进行LDPC编码时，固定使用码率1，即0.4码率的LDPC编码。

编码产生的比特流接着转换成均匀的nQAM(n：星座点数)符号流。GB20600-2006标准包含以下几种符号映射关系：64QAM、32QAM、16QAM、4QAM。对控制帧进行映射时，固定使用4QAM映射。

经过映射后，控制帧为数据长度为3744个4QAM符号，不经过交织，直接和36个系统信息符号通过复用模块复合成帧体数据，其复用结构为：36个系统信息符号连续排列于帧体数据的前36个符号位置。

进一步将上述帧体和帧头符号通过组帧模块复合成信号帧，其组帧结构为：帧头符号连续排列于帧体数据前。

这样生成的信号帧包含了两个188字节的MPEG2包的控制信息，即为控制帧。系统信息、复用模块和组帧模块详细说明请参见中国数字电视地面广播传输标准GB20600-2006。

实施例1中数据帧的第一处理过程如图6所示。在实施例1中数据帧和控制帧一样也不进行时域交织，但和控制帧不同，不同业务数据的数据帧可以根据实际需要灵活配置不同的信道编码方式和信道调制方式，其第一编码使用0.4码率、0.6码率或0.8码率LDPC码，同时第一信道调制采用n-QAM调制，即4QAM、16QAM、32QAM或64QAM。

实施例2

在另一个实施例2中表示使用的控制帧第二处理过程和前实施例1中相同。

为了进一步降低接收门限，在数据帧第一处理中又加入了一个RS编码和字节交织。其中RS编码为RS(188，K)，K为每个RS码字中信息序列的字节数，校验字节数为(188-K)，K可以取K＝188，K＝164和K＝140。该RS编码是由原始RS(255，K+67)系统码通过截短后产生的RS(188，K)。其中K为每个RS码字中信息序列的字节数，校验字节数为(188-K)，K可以取K＝188，K＝164和K＝140。原始RS(255，K+67)系统码的每个码元取自域GF(256)，该域的生成多项式为：

p(x)＝x8+x4+x3+x2+1

RS(188，K)的码生成多项式定义为

$g\left(x\right)=\underset{i=0}{\overset{188-K}{\Sigma }}{g}_i{x}^i,$

其具体系数g_i分别见表2-表4。

 序号i  gi  0  1

表2RS(188，188)生成多项式系数

 序号i  gi 序号i  gi 序号i  gi 序号i  gi  0  193  7  133  14  174  21  33  1  108  8  251  15  252  22  197  2  199  9  125  16  218  23  244  3  208  10  44  17  8  24  1  4  173  11  167  18  197  5  79  12  198  19  195  6  45  13  150  20  20

表3RS(188，164)生成多项式系数

 序号i  gi 序号i  gi 序号i  gi 序号i  gi  0  228  13  12  26  109  39  32  1  231  14  160  27  176  40  157  2  214  15  151  28  148  41  194  3  81  16  195  29  218  42  73  4  113  17  170  30  21  43  195  5  204  18  150  31  161  44  218  6  19  19  151  32  240  45  14  7  169  20  251  33  25  46  12  8  10  21  218  34  15  47  122  9  244  22  245  35  71  48  1  10  117  23  166  36  62  11  219  24  149  37  5  12  130  25  183  38  17

表4RS(188，140)生成多项式系数

参照图8，表示数据帧使用的字节交织器结构图，为了减少内码纠错对外部RS码产生的连续误码影响，在RS编码后插入了字节交织器。字节交织器是以字节(8位比特)为单位的块交织，每字节数据按列写入，按行读出。块交织的深度为固定的188，这样每一列正好写入一个RS(188，K)码字。交织宽度由变量Bw表示，为了适应不同的星座映射和LDPC编码，Bw可以灵活选择，最大值为216。

为了减少字节交织延时，一般选择合适的Bw，使得每个业务在一个秒帧中的RS编码数据正好占用整数个字节交织的存储大小(188×Bw字节)。

实施例3

在第三个实施例3中的控制帧第二处理过程和实施例1中相同，继续如图5所示。

参照图9，在数据帧第一处理中又加入了时域交织选项。不同业务数据的数据帧可以根据实际需要灵活配置不同的信道编码方式和信道调制方式，并独立进行时间交织。

参照图10，表示数据帧使用的时间交织结构图，中国数字电视地面广播传输标准GB20600-2006中已经加入了卷积符号交织作为时间交织。为了适应移动多媒体业务，本发明扩展了一种基于块交织的时间交织选项。扩展的时间交织器是以星座符号为单位的块交织，按列写入，按行读出。块交织的交织深度和交织宽度分别由变量Tw和Td表示，其中交织深度Tw为固定的312，交织宽度Td可以适应不同的星座映射和LDPC编码来灵活选择，最大值为384。

为了减少时间交织延时，一般选择合适的Td，使得每个业务在秒帧中传输符号数是整数个符号交织的存储大小(Td×416个符号)。所以时间交织选项以秒帧为单位进行，每个秒帧的第一个数据符号写入符号交织存储区的第1行和第1列。因为每路业务在秒帧中是以4或者8个信号帧为单位来分配的，即每路业务在秒帧中使用的信号帧数为4n或者8n，其中n≥1的整数。在取8n的情况下，因为每个信号帧的符号数为3744，所以每个业务在秒帧中使用的符号数为3744×8n＝312×96n。根据不同的n，可以计算出相应的Td的值：

$\mathrm{Td}=\left(\begin{array}{cc}96n& 4\ge n\ge 1\\ 48n& 8\ge n\ge 5\\ 24n& 16\ge n\ge 9\\ 12n& 32\ge n\ge 17\end{array}\right)$

生成数据帧时，并使用扩展时间交织为每路业务数据独立进行交织。无论数据帧使用何种信道编码和信道调制模式，控制帧都采用固定的4QAM调制、0.4码率LDPC、无时间交织。其中采用无时间交织可以保证控制信息安全快速传输，而采用0.4码率的LDPC编码和QPSK调制则可以有效防止传输误码。每个控制帧由2个188字节的MPEG2包组成，其PID固定为0x0017。MPEG2包包含要传送的控制信息。

本发明不局限于上述特定实施例。